愛因斯坦的堅持

從20世紀(jì)30年代提出相對論后不久,，到1955年逝世為止,，幾乎耗盡了愛因斯坦后半生的精力著手研究“大統(tǒng)一理論”，試圖通過“弱作用,，磁場,，強(qiáng)作用”的統(tǒng)一思維來簡單的解釋宇宙，進(jìn)一步將當(dāng)時已發(fā)現(xiàn)的四種相互作用統(tǒng)一到一個理論框架下,，從而找到這四種相互作用產(chǎn)生的根源,。但最終因為統(tǒng)一思維與當(dāng)時物理學(xué)界的主流思想不符，以致于一些科學(xué)史學(xué)家斷言這是愛因斯坦的一大失誤,。

其實早在20世紀(jì)20年代,，著名物理學(xué)家愛因斯坦就致力于尋找一種統(tǒng)一的理論來解釋所有相互作用，也可以說是解釋一切物理現(xiàn)象,，因為他認(rèn)為自然科學(xué)中“統(tǒng)一”的概念或許是一個最基本的法則,。甚至可說在愛因斯坦的哲學(xué)中，“統(tǒng)一”的概念根深蒂固,，他深信“自然界應(yīng)當(dāng)滿足簡單性原則”,。

愛因斯坦所研究的大統(tǒng)一理論簡稱GUT，又稱為萬物之理,，這一理論最初源于電磁的研究,，麥克斯韋研究證明它們是電磁現(xiàn)象的同一種基本相互作用的兩個方面，可以用同一組方程式加以描述,。到20世紀(jì)中葉前,，這一描述又改進(jìn)到包括了量子力學(xué)效應(yīng)，并以量子電動力學(xué)形式出現(xiàn),。由于微觀粒子之間僅存在四種相互作用力,，萬有引力、電磁力,、強(qiáng)相互作用力,、弱相互作用力,。理論上宇宙間所有現(xiàn)象都可以用這四種作用力來解釋,。通過進(jìn)一步研究四種作用力之間聯(lián)系與統(tǒng)一，尋找能統(tǒng)一說明四種相互作用力的理論或模型稱為大統(tǒng)一理論,。

需要指出,，統(tǒng)一理論尚未得到最后驗證,，而且霍金在《時間簡史》中也指出，也許會發(fā)現(xiàn)大統(tǒng)一理論,。但這個大統(tǒng)一理論并不是愛因斯坦最初想的大統(tǒng)一理論,，因為不可能通過一個簡單美妙的公式來描述和預(yù)測宇宙中的每一件事情，畢竟宇宙是確定性和不確定性相互統(tǒng)一,。

目前大統(tǒng)一理論包含的重要理論

簡單給大家普及一下目前的大統(tǒng)一理論包含人類發(fā)現(xiàn)的大部分科學(xué)理論,。

超弦理論

超弦理論包含超弦理論、M理論和黑洞物理學(xué),。它是物理學(xué)家追求統(tǒng)一理論的最自然的結(jié)果,。愛因斯坦建立相對論之后自然地想到要統(tǒng)一當(dāng)時公知的兩種相互作用－－萬有引力和電磁力。他花費了后半生近40年的主要精力去尋求和建立一個統(tǒng)一理論,，但沒有成功?，F(xiàn)在回過頭來看歷史，愛因斯坦的失敗并不奇怪,。實際上自然界還存在另外兩種相互作用力－－弱力和強(qiáng)力,。目前，超弦理論最引人注目,，它距完成超對稱統(tǒng)一理論還相當(dāng)遙遠(yuǎn),，是人們拋棄了基本粒子是點粒子的假設(shè)而代之以基本粒子是一維弦的假設(shè)而建立起來的自洽的理論，自然界中的各種不同粒子都是一維弦的不同振動模式,。

矩陣?yán)碚?/p>

矩陣?yán)碚撌荕理論的非微擾的拉氏量表述,，這一表述要求選取光錐坐標(biāo)系和真空背景至少有6個漸近平坦的方向。利用這一表述已經(jīng)證明了許多偶性猜測,，得到了一類新的沒有引力相互作用的具有洛侖茲不變的理論,。顯然，沒有太多的理由認(rèn)為矩陣?yán)碚撌荕理論的一個完美的表述,。

卡魯扎－克萊因理論

計算中涉及增加額外維度的所有理論現(xiàn)在都叫做卡魯扎－克萊因理論,，1920年代，引力和電磁場這種五維形式的統(tǒng)一甚至推廣到包括了量子效應(yīng),，就形成了以兩位開創(chuàng)此項研究的先驅(qū)科學(xué)家姓氏命名的卡魯扎－克萊因理論,。

弱電統(tǒng)一理論

今天我們已經(jīng)知道自然界一共有4種相互作用，除了引力相互作用和電磁相互作用外,，還有強(qiáng)相互作用和弱相互作用,。這4種相互作用強(qiáng)度大小和作用范圍都相差懸殊，也大相徑庭,。例如,，引力的強(qiáng)度只有強(qiáng)相互作用力的100萬億億億億分之一，引力的作用范圍卻非常大，從理論上說可以一直延伸到無限遠(yuǎn)的地方,，引力是長程力,；而強(qiáng)相互作用力的范圍卻很小很小，只有1厘米的10萬億分之一,，說強(qiáng)相互作用力是短程力,；弱相互作用力也是短程力，力程不到1厘米的1000萬億分之一,，強(qiáng)度是強(qiáng)相互作用力的1萬億分之一,；電磁力與引力一樣是長程力，但它的強(qiáng)度要比引力大得多,，是強(qiáng)相互作用力的1/137,。4種相互作用在性質(zhì)上看來有明顯的差異，然而科學(xué)家們卻在思索：自然界為什么有這4種相互作用,？這4種相互作用是否只有差異而無共同之處,？這4種相互作用能不能在一定條件下得到統(tǒng)一的說明？從科學(xué)史來看,，第一個認(rèn)真思索并付諸行動的是物理學(xué)家愛因斯坦,。愛因斯坦在完成廣義相對論的理論建設(shè)后，就一直在考慮能不能把引力相互作用和電磁相互作用統(tǒng)一起來,。從60年代起,，溫伯格就著手弱相互作用與電磁相互作用的統(tǒng)一。統(tǒng)一之路并不平坦,，1967年秋,，溫伯格終于確定弱相互作用和電磁相互作用可根據(jù)嚴(yán)格的、但自發(fā)破缺的規(guī)范對稱性的思想進(jìn)行統(tǒng)一的表達(dá),。他的理論結(jié)果發(fā)表在這一年的《物理評論快報》上,，題目是“一個輕子的模型”。這是科學(xué)上第一個成功的相互作用統(tǒng)一理論,。

宇宙目前不可想象

人類關(guān)于宇宙的遐想都是基于這些偉大人物目前對宇宙的淺顯研究,，宇宙之深難以想象，大統(tǒng)一理論的實現(xiàn)還為時尚早,，現(xiàn)在真正成為問題的是我們這里的一個十分逆反的觀點：所謂大統(tǒng)一理論,，首先反映的只是人們有關(guān)物理學(xué)方面的一個思想意向和主觀愿望；至于真正的大統(tǒng)一理論內(nèi)容究竟是什么或怎么樣,，到目前為止可能誰也不知道,。而且我們還認(rèn)為這是目前一個關(guān)于大統(tǒng)一理論問題的最基本的思想認(rèn)識；離開了這個最基本的思想認(rèn)識,，一切大統(tǒng)一理論的基本認(rèn)識都將是脫離實際的,。因此前面介紹的那些人們關(guān)于統(tǒng)一場論的探索,，可能只是人們在跟著感覺走，而事情的一個本來面目,，則還遠(yuǎn)未被人們所了解,。比如,，一個極其嚴(yán)重的問題可能是統(tǒng)一場理論或大統(tǒng)一理論,，不一定就是強(qiáng)相互作用、弱相互作用,、電磁相互作用和萬有引力這四種自然力在現(xiàn)行物理學(xué)基礎(chǔ)上的機(jī)械統(tǒng)一,；一個把全部物理學(xué)都匯合在一個大綜合體里的大統(tǒng)一理論，也不一定是應(yīng)用數(shù)學(xué)方法（包括重整化方法）把現(xiàn)成物理學(xué)知識做統(tǒng)一性的機(jī)械組合,，等等,。總之,，我們估計,，人們曾經(jīng)的統(tǒng)一場理論研究，完全有可能在問題研究的對象,、方法,、立場和角度的出發(fā)點地方，一開始就弄錯了,。而如果我們要達(dá)到大統(tǒng)一理論的研究成功,，那就可能首先要探索一條與客觀事實相適應(yīng)的物理學(xué)發(fā)展新道路。